[發(fā)明專利]一種用于3D打印機供料量精確控制的裝置及方法

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• 申請日: 2017-03-28
• 公開（公告）號: CN106926444A
• 公開（公告）日: 2017-07-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 宗學(xué)文;肖涵;徐文博;王丹
• 申請（專利權(quán)）人: 西安科技大學(xué)
• 主分類號: B29C64/112
• 分類號: B29C64/112;B29C64/20;B29C64/209;B29C64/393;B33Y30/00;B33Y10/00;B33Y50/02
• 代理公司: 西安智萃知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司61221
• 代理人: 李炳輝

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于增材制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于3D打印機供料量精確控制的裝置及方法。

背景技術(shù)

熔融沉積式（FDM）的3D打印機，將絲狀的PLA、ABS等熱塑性材料加熱熔融成液態(tài)，通過細口噴嘴擠出并在工作平臺上迅速凝固，噴嘴在計算機的控制下按照零件的分層截面信息運動，逐層堆積從而形成三維實體零件。

該類型3D打印機供料量的精確控制困難：三維模型經(jīng)過模型切片后形成3D打印機噴嘴掃描路徑，各掃描路徑切換時，噴頭進料口和擠出口完全相通，熔融的液態(tài)材料極易從擠出口滴落，隨著噴頭的移動形成“拉絲”現(xiàn)象，在成形零件表面形成疤痕或斑點，嚴(yán)重影響成型件表面質(zhì)量。

為了精確控制供料量，解決上述現(xiàn)象，目前普遍采取供料擠出電機“回抽”的方式：在不需要耗材流出時，擠出電機反轉(zhuǎn)，使耗材從噴嘴中抽出一段距離，抽回擠出口即將滴落的耗材。

但是，這種“回抽”方法存在以下缺陷：

1.“回抽”長度和速度等參數(shù)調(diào)整困難：由于不同品牌和類型的耗材，其粘度、直徑公差等參數(shù)各不相同，更換時需要重新測試“回抽”長度和速度，以保證合格的打印質(zhì)量。若“回抽”長度和速度過大，會使噴嘴內(nèi)部液體耗材抽出過多，再次出料時供料短時不足，打印表面會形成凹痕；若“回抽”長度和速度過小，會造成噴嘴內(nèi)部液體耗材抽出過少，部分流出擠出口，形成“拉絲”現(xiàn)象，打印表面會形成斑點。該測試過程復(fù)雜繁瑣，需要多次重復(fù)實驗，耗費大量時間。

2.擠出電機負擔(dān)過大：打印結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件時，擠出電機需要不停正反轉(zhuǎn)，發(fā)熱異常嚴(yán)重，嚴(yán)重影響擠出電機的壽命；還有可能引起步進電機“失步”，導(dǎo)致進絲量不精確，產(chǎn)生打印質(zhì)量問題，甚至可能因電機過熱保護而停轉(zhuǎn)，使打印一半的零件功虧一簣。

3.在打印結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜的零件時，例如鏤空球結(jié)構(gòu)，打印機供料量的精確度要求非常高，即使利用“回抽”功能也容易形成“拉絲”現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的“回抽”方法不能精確控制回抽長度和速度，導(dǎo)致3D打印質(zhì)量不合格的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：

一種用于3D打印機供料量精確控制裝置，包括熔池筒、鋁合金加熱塊和噴嘴，所述噴嘴設(shè)置于所述熔池筒下方，所述鋁合金加熱塊套設(shè)于所述熔池筒外側(cè)，所述熔池筒、鋁合金加熱塊和噴嘴同軸設(shè)置；

所述噴嘴上端的進料口與所述熔池筒內(nèi)的熔池相通，所述噴嘴下端設(shè)置有擠出口；

所述熔池筒筒壁上開有豎直孔，所述豎直孔上端開口設(shè)置于所述熔池筒上端面上，所述豎直孔下端開口設(shè)置于所述熔池筒內(nèi)壁上；

所述豎直孔內(nèi)設(shè)置有一彎針；

所述彎針分為第一水平段、第一豎直段、第二水平段和第二豎直段，所述第一豎直段設(shè)置于所述豎直孔內(nèi)，所述第二豎直段設(shè)置于所述熔池筒內(nèi)、且位于所述熔池筒軸心線上，所述第一豎直段底端和所述第二豎直段頂端之間通過所述第二水平段固定連接，所述第一水平段與所述第一豎直段頂端固定連接；

所述第一水平段和所述第二水平段位于所述第一豎直段兩側(cè)；

所述第二豎直段底端為尖針狀；

所述第一水平段和所述鋁合金加熱塊之間設(shè)置有電磁開關(guān)。

作為本發(fā)明的進一步說明，所述電磁開關(guān)包括鐵芯、彈簧和電磁體，所述鐵芯固定于所述第一水平段下側(cè)，所述電磁體固定于所述鋁合金加熱塊上、并位于所述鐵芯下方，所述彈簧固定于所述第二水平段和所述電磁體之間。

作為本發(fā)明的進一步說明，所述彈簧為壓縮彈簧，所述彈簧數(shù)量為兩個，并且設(shè)置于所述鐵芯兩側(cè)。

作為本發(fā)明的進一步說明，所述豎直孔頂端設(shè)置有密封圈。

作為本發(fā)明的進一步說明，所述鋁合金加熱塊外側(cè)套設(shè)有保溫層。

一種利用上述裝置的3D打印機供料量精確控制方法，包括以下步驟，

步驟一、通過計算機的三維軟件為需打印的物體建模，并將三維模型等厚度切片分層形成一系列二維圖形；

步驟二、根據(jù)所述二維圖形生成切片分層上的掃描路徑；

步驟三、擠出電機運行，將絲材送入所述熔池筒內(nèi)的熔池中，所述鋁合金加熱塊將所述絲材熔融為液態(tài)，所述液態(tài)絲材流入所述噴嘴內(nèi)；

步驟四、所述電磁開關(guān)打開，所述彎針上升，擠出口開放，所述液態(tài)絲材從所述擠出口流出，所述噴嘴按照所述掃描路徑運動，進行材料堆積；

步驟五、當(dāng)掃描路徑切換或者進行垂直方向打印切換時，擠出電機停止送入絲材，同時，電磁開關(guān)關(guān)閉，彎針下降并將擠出口堵塞；